DE2815003A1

DE2815003A1 - Verfahren zum einstellen des widerstandes eines thermistors

Info

Publication number: DE2815003A1
Application number: DE19782815003
Authority: DE
Inventors: Milton Schonberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1978-10-19
Also published as: AT369186B; ZA782059B; FI781085A; BR7802314A; CH631569A5; AR214006A1; FR2423848B3; IS2433A7; FR2423848A1; IE780686L; LU79425A1; CA1101128A; AU515878B2; GB1601853A; ES468765A1; IN148732B; GR64137B; DK126278A; IL54413A; ATA255778A

Description

Anwaltsakte: P 299 Milton Sehonberger

Tr ^ „_m. - , „ (η We st wood. New Jersey Kennwort: «Thermistor« . 19· V.st.A. 2815OfH

Verfahren zum Einstellen des Widerstandes eines Thermistors

Die Erfindung betrifft Thermistoren, insbesondere solche Thermistoren, die trimmbare Kontakte haben, ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen des Widerstandes eines Thermistors durch Trimmen seiner Kontakte.

Bekanntlich ist ein Thermistor ein Halbleiter, der normalerweise aus keramikartigem Material besteht und ein Metalloxyd umfaßt. Der keramische Grundkörper wird normalerweise aus einer gesinterten Mischung aus Manganoxyd, Nickeloxyd, Eisenoxyd, Magnesiumehromat oder Zinkchromat oder dergleichen gebildet. Sin Thermistor macht Gebrauch von den Widerstandseigenschaften eines Halbleiters. Thermistoren haben einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten spezifischen Widerstandes, wobei der Widerstand des Thermistors mit steigender Temperatur abfällt.

Ein Thermistor wird an einen elektrischen Kreis angeschlossen, der den Viiderstand des Thermistors in irgendeiner Art und Weise ausnutzt. Um eine elektrische Verbindung zu dem Thermistor herzustellen_a ist der Thermistor mit Kontakten ausgestattet. Die Kontakte können verschiedenster Art sein. Sie können beispielsweise Kontaktflächen oder Knöpfe auf der Oberfläche des

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Thermistors aufweisen; ferner kann es sich um nackte Metallleiter handeln, die durch den Thermistor hindurchgeführt sind und in Berührung mit dessen keramischem Material bestehen. Auch kann es sich um Leiter handeln, die angelötet oder anderweitig an den Körper des Thermistors angeheftet sind. Die Kontakte des Thermistors sind ihrerseits durch Leiter an andere Elemente des elektrischen Kreises angeschlossen.

Die keramischen Körper von Thermistoren sind auf verschiedenerlei Weise gebildet. Ein typischer Thermistor hat die Form einer Perle und ist etwas abgerundet. Er kann durch Ausformen oder Schneiden von einem Stab oder dergleichen gebildet sein. Eine weitere typische Thermistorform ist die Form einer mehrseitigen Tafel. Eine solche Tafel ist normalerweise sechsseitig und hat 2 größere, einander gegenüberliegende Flächen sowie 4 schmälere Seitenflächen, die die großen einander gegenüberliegenden Flächen darstellen. Ein tafelförmiger Thermistor kann beispielsweise aus einem größeren Bogen oder jeglichem anderen Körper herausgeschnitten sein, das aus Thermistor-Material besteht; er kann aber auch durch Schmelzen hergestellt sein. Das keramische Material des Thermistprs kann praktisch in jeder beliebigen Größe durch Formen oder Schneiden hergestellt werden. Zum Schneiden, Schleifen oder anderweitigen Formen von Thermistorkörpern auf bestimmte Größen sind zahlreiche, verschiedenartige Techniken anwendbar, die jedoch allseits bekannt sind.

Der Widerstand eines Thermistors wird teilweise durch das Volumen des Halbleitermaterials bestimmt, aus welchem er besteht. Da die Stärke des Halbleitermaterials zwischen den Kontakten in einem ganz bestimmten Thermistor verringert ist, ist der Widerstand des Thermistors größer. Noch aussagekräftiger ist jedoch die Angabe, daß mit abnehmender Stärke des Thermistormaterials deren abhängige Größe, nämlich der Änderung des Widerstandes ist, und zwar bei jeglicher Temperaturänderung, welcher der Thermistor ausgesetzt ist. Wird in einem bestimmten Fall ein sehr genaues Einstellen des Thermistors gefordert,

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so ist es vorteilhaft, die Stärke des Halbleiterelementes des Thermistors so klein wie möglich zu wählen. Dies hat zur Herstellung von Perl- oder Plättchen-Thermistoren kleiner Abmessungen geführt; bei einem typischen Plättchen-Thermistor beträgt die Dicke des Halbleiters etwa 0,010 mm; die größeren Flächen des Halbleitermaterials haben Abmessungen von 0,060 χ 0,060 mm.

Eine Möglichkeit des Einsteilens des Widerstandes des Thermistors besteht darin, einige der Halbleiter zwischen den Thermistorkontakten zu entfernen. Die Halbleiter-Materialabschnitte des Thermistors sind jedoch normalerweise ein Massenerzeugnis, das in einheitlicher V/eise hergestellt wird. Ein Entfernen eines Teiles des Halbleitermaterials aus einem einzelnen Thermistor läßt sich nur sehr schwierig vornehmen, ohne daß man hierfür einen besonderen Zeitaufwand treibt.

Eineweitere Größe, die den Widerstand eines Thermistors bestimmt, ist die Oberfläche des elektrischen Kontaktes des Thermistors, der an den Leitern anliegt, welche ihrerseits zu dem Thermistor führen. Dabei kommt es hauptsächlich auf jene Oberfläche der Kontakte an, mit denen sich das Halbleitermaterial des Thermistors tatsächlich in Berührung befindet. Der Widerstand eines Thermistors bei konstanter Temperatur und konstantem Druck läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken: R=^ t/A. Hierin bedeutet & den spezifischen Widerstand des Halbleitermaterials, t ist die Dicke des Halbleitermaterials aus der geringsten Entfernung zwischen seinen beiden Kontakten und A bedeutet die Oberfläche des Berührungsmaterials oder des Halbleitermaterials (je nach Anordnung der Kontakte), das in den Stromfluß durch den Thermistor einbezogen ist (dies wird im einzelnen in der noch folgenden Beschreibung beschrieben werden).

Bestehen die Kontakte des Thermistors aus nackten Leiterabschnitten, die durch den Thermistor hindurchgeführt sind, so

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ist die Oberfläche der Thermistorkontakte, die sich tatsächlich in Berührung mit der Oberfläche des Thermistormaterials befindet, vorbestimmt; sie ist nicht variabel und im wesentlichen einer Veränderung nicht zugänglich. Deshalb kann der Widerstand eines solchen Thermistors durch Veränderung der Oberflächen der Kontakte auf dem Thermistorhalbleitermaterial nicht eingestellt werden.

Bei einem Thermistor, bei dem die metallischen, elektrischen Kontakte auf das Äußere des Halbleitermaterials aufgebracht werden, kann der Widerstand des Thermistors dadurch eingestellt werden, daß man einen Teil der Oberflächen der Kontakte des Thermistors von dem Halbleitermaterial des Thermistors abtrennt. Es wurde herausgefunden, daß bei einem Thermistor, der nur 2 metallische Kontakte aufweist, beispielsweise aus Silber oder Kupfer, und bei dem jeder Kontakt an einen zugehörenden elektrischen Leiter in einem Kreis angeschlossen ist und die Kontakteauf einander gegenüberliegenden Flächen des Thermistors angeordnet sind, bei Wegnahme der Oberfläche auf dem Halbleitermaterial von einem oder beiden Kontakten um einen bestimmten Prozentsatz der Widerstand des Thermistors ansteigt, um die maximale prozentuale Verminderung der Oberflächen einer der Kontakte. (Auch dies wird weiter unten noch im einzelnen erläutert werden.) Wird beispielsweise die Oberfläche von wenigstens einem der beiden Kontakte um Ί ? vermindert, dann steigt der Widerstand des Thermistors auch um 4 % an, d.h., er hat einen Widerstand, der k % mehr beträgt (in Ohm), als vor dem Abtrennen. Ist der Thermistor beispielsweise auf 5000 Ohm ausgelegt, so erlangt er nach dem zuvor erwähnten Trimmen einen Widerstand von 5200 0hm.

Wie oben erwähnt, haben Thermistoren normalerweise kleine Abmessungen. Die Oberflächen ihrer Kontakte auf der Oberfläche des Halbleitermaterials des Thermistors ist dementsprechend ebenfalls gering. Ein genaues Trimmen von beispielsweise 1 % oder nur einem Bruchteil eines Prozentes des Materiales eines Thermistorkontaktes ist demgemäß sehr schwierig.

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Man kennt zahlreiche Verfahren zum Trimmen von Kontakten von Thermistoren. So kann ein Kontakt beispielsweise abgefeilt, abgeschmirgelt oder anderweitig geschliffen werden, Thermistoren sind derart klein und die Widerstandsänderung, die erforderlich sein kann, ist gelegentlich derart gering, daß bereits ein einmaliges, leichtes Reiben an einem Thermistorkontakt mittels einer leicht aufgerauhten Oberfläche genügend von dem Kontakt wegnehmen kann, um die Auslegung des Thermistors auf das gewünschte Maß zu verringern. Derartige Techniken, die von Hand oder mittels Reiben durchzuführen sind, um Thermistorkontakte zurechtzutrimmen, wie zuvor beschrieben, sind jedoch zeitaufwendig und können die Herstellung von Thermistoren und insbesondere das richtige Bemessen von deren Widerstand sehr aufwendig und teuer machen. Um dem abzuhelfen, wurde bereits ein Verfahren entwickelt, das die Laser-Technik verwendete, undzwar entweder für sich allein oder in Kombination mit dem Feinschleifen. Hierbei wird ein gebündelter Laserstrahl auf einen Thermistorkontakt gerichtet, um ein Stückchen dieses Kontaktes von gewünschter Größe wegzubrennen.

Jegliches dieser Verfahren zum Trimmen eines Thermistorkontaktes, also beispielsweise das Feinschleifen, das Trimmen mittels Laserstrahlen usw. arbeitet innerhalb gewisser Toleranzgrenzen. Dies bedeutet, daß ein bestimmtes Trimmverfahren entweder etwas zu wenig oder etwas zu viel von einem Kontakt entfernen kann. Dies führt wiederum zu unerwünschten Unterschieden zwischen dem Istwert und dem Sollwert eines bestimmten Thermistors. Es wäre somit wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das das Trimmen eines größeren Prozentsatzes der Oberfläche eines Thermistorkontaktes erlaubt und dabei einen geringeren Prozentsatz der Widerstandsänderung des Thermistors herbeizuführen. Bei einem solchen Verfahren hätte ein kleinerer Fehler bezüglich des Ausmaßes, in welchem ein Thermistorkontakt zu trimmen ist, oder bezüglich der Toleranzen, innerhalb deren das Trimmen notwendigerweise zu sein hat, einen geringeren Einfluß auf den Endwert

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des Thermistors, als dies bei derzeit angewandten Trimmverfahren der Fall ist.

Dem Vernehmen nach soll es Thermistoren gegeben haben, bei denen 2 verschiedene Widerstandsauslegungen gleichzeitig gegeben sind. Derartige Thermistoren haben 3 Kontakte, die an deren Oberflächen befestigt sind, statt den erwähnten zweien. Der dritte Kontakt ist dabei normalerweise größer als die beiden anderen. Bei einem plättchenartigen Thermistor nehmen die beiden kleineren Kontakte eine Fläche des Halbleitermaterials ein, während der dritte Kontakt im wesentliehen die Gesamtheit der übrigen Fläche des Halbleitermaterials bedeckt. Ein derartiger Thermistor hat gleichzeitig zwei verschiedene Widerstandsauslegungen, je nach dem, welche beiden der drei Thermistorkontakte an die Leiter eines elektrischen Kreises angeschlossen sind. Sind die Leiter an die beiden kleiner bemessenen Kontakte der einen Fläche des Thermistors angeschlossen, so hat der Thermistor einen ersten Widerstandswert. Sind die Leiter stattdessen an den einen der beidenKontakte an der einen Fläche des Thermistors und an den größer bemessenen Kontakt an der gegenüberliegenden Fläche des Thermistors angeschlossen, so hat der Thermistor einen zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Widerstandswert. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß die Änderung bezüglich der Kontakte die gesamte Kontaktfläche und die Breite des Spaltes zwischen den Kontakten, d.h. die Dicke des Halbleitermaterials ändert.

Die Anwendbarkeit der Thermistoren mit drei Kontakten zum Zwecke eines genaueren Widerstandswertauslegens von Thermistoren wurde indessen bisher nicht in Betracht gezogen.

Wird irgendeiner der Faktoren, die den Widerstandswert beeinflussen, geändert, so wird der Widerstand des Thermistors natürlich geändert.

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Der Erfindung liegt demgemäß ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum genauen Einstellen des Wertes eines Thermistors anzugeben. Insbesondere soll durch die Erfindung ein solches Verfahren geschaffen werden, mit welchem ein relativ größerer Teil der Kontaktfläche des Thermistors derart getrimmt werden kann, um eine relativ kleinere Änderung des Widerstandswertes des Thermistors herbeizuführen. Ferner soll die Erfindung auf Thermistoren besonders kleiner Abmessungen anwendbar sein. Schließlich soll sich der Thermistorkontakt durch die Anwendung der Erfindung sehr genau bemessen oder trimmen lassen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe auf die folgende Weise gelöst: Der Halbleiterkörper eines Thermistors wird in üblicher Weise hergestellt. Dabei sollte vorzugsweise ein plättchenförmiger Thermistor verwendet werden, der wenigstens zwei einander gegenüberliegende, ebene Flächen aufweist, obgleich die Erfindung nicht auf Thermistoren dieser Gestalt beschränkt ist·

Die Thermistorenkontakte bestehen normalerweise aus Metall, beispielsweise aus Silber, das mit Glaspartikeln gemischt ist und häufig "frit" genannt wird. Die Kontakte werden durch Wärme an die ebenen Flächen des Thermistor-Halbleitermaterials angeschmort. Das angeheftete Kontaktmaterial bedeckt vorzugsweise die Gesamtheit der beiden einander gegenüberliegenden Flächen, obgleich das Material auch weniger als diese Gesamtfläche be^ decken kann.

Eine der ebenen Flächen des Thermistors trägt zwei voneinander getrennte Kontakte, die beide zusammen vorzugsweise ihre gesamte Fläche bedecken, obgleich sie auch weniger als die Gesamtfläche bedecken können. Zwischen den beiden Kontakten kann ein klar definierter Spalt gebildet werden, und zwar beispielsweise durch Feilen oder Schleifen eines Spaltes zwischen den beiden Kontakten auf der Fläche oder mittels eines Laserstrahles,

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den man auf die Fläche einfallen läßt, um einen Spalt durch das Kontaktmaterial auf der Fläche zu bilden und somit zwei Kontakte zu erzeugen. Dabei müssen diese beiden Kontakte keineswegs von derselben Größe sein; auch brauchen sie sich nicht über die gesamte jeweilige Thermistorfläche zu erstrecken.

Ein einzelner Kontakt füllt die gegenüberliegende ebene Fläche des Thermistors aus.

Jeder der beiden Leiter, die zu dem Thermistor führen, ist an jeweils einer der Thermistorkontakte auf der Thermistorfläche befestigt, die zwei Kontakte trägt. Die Leiter können an den Thermistorkontakten auf jede beliebige Art und Weise befestigt werden. So können sie beispielsweise durch einen Klebstoff an den Kontakten festgehalten oder hieran angelötet werden. Auch kann man sie befestigen bevor die Einzellage des Kontaktmaterials auf der die beiden Kontakte tragenden Flächen behandelt wird, um die beiden Kontakteauf dieser einen Fläche zu bilden; man kann sie aber auch nachher befestigen.

Im folgenden soll das Verfahren zum Bemessen des Widerstandes des Thermistors beschrieben werden. Entsprechend der weiter unten in allen Einzelheiten näher betrachteten mathematischen Formel ruft die Entfernung von X% der FSche irgendeiner dieser drei Kontakte (aus Gründen der praktischen Herstellung jenes Kontaktes, der mit der Gesamtheit seiner FJäche den Thermistor berührt), nur eine Steigerung des Widerstandes des Thermistors um einen Bruchteil von X% hervor. Wird z.B. bei der später noch beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 10 % der Fläche eines Kontaktes entfernt, so steigt der Wert des Widerstandes des Thermistors nur um 1,8 %. Werden ungewollt beispielsweise 11 % der Fläche des Kontaktes entfernt, anstatt 10 %, so hat dies einen viel geringeren Einfluß auf die Widerstandsänderung des Thermistors, als wenn derselbe Fehler von 1 % bei eineqider vorbekannten Kontakttrimmverfahren unterlaufen wäre; hier würde ein Trimmfehler von

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% eine entsprechende Änderung von 1 % des Widerstandswertes des Thermistors hervorrufen.

Ein gemäß der Erfindung getrimmter Thermistor kann überall angewandt werden, eingeschlossen für ein Thermometer, das beispielsweise in der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 152 vom 18.03.1977 durch den gleichen Anmelder hinterlegt wurde.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Thermistor von dessen einer Stirnseite her gesehen.

Fig. 2 zeigt den Thermistor gemäß Fig. 1, der bereits getrimmt ist, in Draufsicht.

Fig. 3 zeigt den Thermistor in einer Ansicht von unten und

Fig. ¹I zeigt diesen Thermistor in perspektivischer und teilweise schematischer Ansicht; hierbei ist der Thermistor auf eine Unterlagemontiert, an einen Kreis angeschlossen und wird gerade geeicht.

Die Figuren 5, 6 und 7 sind Ansichten verschiedener Thermistoren.

Die Figuren Ja und 7b veranschaulichen den Thermistor gemäß Fig. 7 in Diagrammform; alle diese Figuren zusammen veranschaulichen die Arbeitsweise der Erfindung.

Der Thermistor 10 gemäß der Figuren 1 bis 3 besteht aus einem gesinterten, metalloxydischen, keramischen Halbleiterkörper 12,

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der in üblicher, oben beschriebener Weise hergestellt ist. Der Körper 12 ist ein sechsseitiger Quader, der zwei einander gegenüberliegende größere Flächen, nämlich die obere Fläche 1*1 und die untere Fläche 16 aufweist. Auf die gesamte obere Fläche 14 ist ein metallischer Kontakt 20 aufgebracht, dessen Fläche so groß ist, wie die Gesamtfläche 14 des Halbleiterkörpers 12. Kontakt 20 besteht aus einerMischung von Silber und Glaskörnern; diese Mischung wurde geschmolzen und dann an der Oberfläche des keramischen Halbleitermateriales festgeschmort.

Unterhalb der unteren FJäche 16 des keramischen Körpers 12 sind Einzelkontakte 22 und 24 vorgesehen. Diese bestehen aus demselben Material wie der Kontakt 20. Die Kontakte 22 und 24 wurden ursprünglich in gleicher Weise wie Kontakt 20 als einzelne Schicht aufgebracht, die die gesamte Fläche 16 bedeckte. Um jedoch voneinander getrennte Kontakte 22 und 24 zu bilden, wurde die Einzelfläche auf der Unterfläche 16 durch Schneiden, Schleifen oder Feilen aufgeschnitten, um den Spalt 26 zu bilden, der somit frei von Kontaktmaterial ist. Um den Spalt vielleicht schmäler und auf jeden Fall in seinen Abmessungen genauer zu machen, so wie dies für genaues Einstellen des Thermistorwertes erforderlich ist, kann dieser Spalt auch mit der Laser-Technik hergestellt werden durch einfaches Heraustrennen mittels eines Laser-Strahles zwischen den Kontakten 22 und 24. Die Genauigkeit der Spaltbreite ist notwendig, damit die Spanne der Widerstände des Thermistors über den gesamten Bereich der Temperaturen, denen der Thermistor ausgesetzt ist, konstant ist. Das Anordnen des Spaltes 26 wird danach ausgewählt, daß die Kontakte 22 und 24 im wesentlichen eine gleich große Berührungsfläche mit dem keramischen Körper 12 bilden. Eine derartige Flächengleichheit ist jedoch nicht entscheidend, wie die Formel für den Thermistorwiderstand, die im folgenden wiedergegeben werden soll, zeigen wird.

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Der Thermistor 10 ist an andere Gegenstände mittels des Metalleiters 30 elektrisch angeschlossen, der in leitender Verbindung mit Kontakt 22 steht, sowie über einen zweiten Metalleiter 32, der in leitender Verbindung mit dem Kontakt 2k steht. Die Leiter 30 und 32 verbinden einen Gegenstand, mit dem der Thermistor zusammen einen kompletten elektrischen Kreis bildet.

Der Widerstand von Thermistor 12 wird gemessen und beispielsweise als zu klein befunden. Gemäß der Erfindung wird ein Teil der Fläche einer seiner Kontakte, und zwar in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel seines dritten Kontaktes 20 zur Steigerung des Widerstandes von Thermistor 10 entfernt. Wie oben erwähnt, steigert dies den Widerstand des Thermistors nur um einen Bruchteil der Verminderung der Fläche dieses Kontaktes. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, wurde ein Eckbereich 36 des Kontaktes 20 weggenommen, beispielsweise durch Entfernen mit der Laser-Methode, durch Feilen, Schleifen usw. Das Messen des Thermistorwiderstandes zeigt, daß er nunmehr den richtigen Widerstandswert hat.

In einer Abwandlung dieses Verfahrens kann Kontakt 20 weniger als die Gesamtheit der Fläche lH einnehmen} die Kontakte 22 und 2¹J auf der Fläche 16 können jeweils von verschiedener Größe sein; die Flächen 14 und 16 können jeweils verschiedene Größen haben sowie weitere Abwandlungen dieser Kontakte und des gesamten Thermistor-Aufbaues sind denkbar.

Ein Beispiel einer Ausfuhrungsform, die einen Thermistor verwendet, ist beispielsweise in der vom selben Anmelder hinterlegten US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 779 152 vom 18. März 1977 gezeigt. Diese betrifft ein Thermometer, bei welchem ein Thermistor als temperaturabhängige Komponente dient. Es läßt sich aber auch jeglicher anderer elektrischer Kreis, bei welchem ein Thermistor notwendig ist, an die Leiter 30 und 32 anschließen.

In Figur H ist ein Verfahren zum Bemessen eines Thermistors

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• a ·

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sowie ein Gerät, das zwecks Bemessen des Thermistors verwendet wird, wiedergegeben. Thermistor 10 wird durch Entfernen eines Teiles der Oberfläche des Kontaktes 20 auf seinen Widerstand eingestellt, der Widerstand hierdurch nämlich angehoben. Ein Verfahren zum Trimmen von Kontakt 20 zwecks Verringerung des Widerstandes des Thermistors gibt es nicht. Demgemäß muß Thermistor 10 derart hergestellt werden, daß sein Kontakt 20 eine geringfügig größere Fläche einnimmt, als er für einen bestimmten gewünschten Widerstandswert bedecken sollte. Kontakt 20 läßt sich sodann stets derart trimmen, daß er den richtigen Wert annimmt.

Thermistor 10 soll unter bestimmten Werten der Temperatur, der Feuchtigkeit sowie anderen Umgebungsbedingungen einen bestimmten Widerstandswert haben. Der Widerstand des Thermistors wird unter Hinzuziehung eines bekannten Normwiderstandes gemessen und der Thermistorkontakt 20 derart getrimmt, daß der Widerstandswert des Thermistors 10 ein vorgegebenes Verhältnis zu dem bekannten Widerstand unter genauesten Meßbedingungen einnimmt, d.h. der Widerstandswert des Thermistors gleicht dann dem bekannten Normwiderstand.

Thermistor 10 wird auf die Leiter 30 und 32 in der in Figur 1 veranschaulichten Weise aufgelegt. Die Leiter sind Metallfolienstreifen, die auf eine nichtleitende, langgestreckte Unterlage 40 aufgeklebt oder anderweitig an dieser befestigt werden. Die Unterlage und die Leiter 30 und 32 enden gemeinsam an der Endfläche 42 der Unterlage 40 (siehe Figur 4). Die Leiter-Endbereiche 44 und 46 sind mit Einsteckklemmen versehen. Die oberen Flächen der Metallfolienleiter tragen eine dünne Lötschicht zwecks Befestigung an den Kontakten 22 und 24.

Die Unterlage 40 wird derart eingeschnitten, daß sie zwischen den Leitern 30 und 32 einen Streifen 47 bildet. Der Streifen wird verformt, und zwar angehoben, um einen Spaltraum zwischen diesem Streifen 47 und der übrigen Unterlage 40 zu schaffen.

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Der Thermistor 10 wird sodann in diesen Spaltraum unterhalb des Streifens 47 eingeschoben, wobei die Kontakte 22 und 24 auf die jeweiligen Leiter 30 und 32 zu liegen kommen; sodann wird der Streifen 47 wieder losgelassen. Die Unterlage besteht aus einem flexiblen plastischen Werkstoff, das ein "Gedächtnis" hat, wie beispielsweise das Material Mylar. Der Streifen 47 hat das Bestreben, in seinen Ausgangszustand zurückzukehren und.hält somit den Thermistor sicher an Ort und Stelle.

Dem Thermistor wird genügend Wärme zugeführt, um die Lötschicht zu schmelzen, so daß sowohl eine mechanischeals auch elektrisch leitfähige Verbindung zu den Kontakten 22 und 24 bzw. den Leitern 30 und 32 hergestellt wird. Die Lötschicht hat einen genügend geringen Schmelzpunkt, so daß der Thermistor nicht ständig durch die Hitze beschädigt wird, die ihn an die Leiter anlötet. Es kann zweckmäßig sein^eine hier nicht dargestellte Hülle über Thermistor, Unterlage und Leiter zu ziehen oder drumherum zu legen, um diese zu schützen.

Der Spalt 26 zwischen den Kontakten 22 und 24 kann gebildet werden, bevor Thermistor 10 auf die Leiter 30 und 32 aufgebracht wird. Die gesamte Unterlage stellt ein bequemes Mittel zum Halten des Thermistors an Ort und Stelle dar sowie zum Arbeiten mit dem Thermistor. Ein Thermistor ist recht klein, so daß schon deswegen dafür gesorgt werden muß, eine wirksame Haltervorrichtung zu haben, wenn man damit arbeitet. So kann auch daran gedacht werden, den Spalt 26 erst dann zu bilden, wenn * man den Thermistor auf der Unterlage montiert hat, z.B. durch Leiten eines Laser-Strahles in Längsrichtung entlang der Mittellinie der Unterlage 40 in der Höhe der Metallschicht, aus dem die Kontakte 22 und 24 gebildet sind.

Es wird ein erstes Potentiometer 50 jeglicher herkömmlicher Bauart vorgesehen. Es muß nur dazu in der Lage sein, den Widerstand eines elektrisch hieran angeschlossenen Gegenstandes

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zu messen. Das Potentiometer 50 zeigt den Widerstand eines elektrisch hieran angeschlossenen Objektes auf einer Digitalskala 52 digital an. Die Strippen 54 und 56, die von dem Potentiometer kommen, werden an den Steckern 58 und 60 innerhalb der hohlen Klemmbuchse 62 angeschlossen. Die öffnung, die in die Klemmbuchse 62 führt, ist derart gestaltet ,daß sie sowohl die Unterlage 40 als auch die Leiterterminalen 44 und 46 sicher aufnehmen und eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterterminalen 44 und 46 und den zugehörigen Steckern 58 und 60 herstellen kann. Eine im Stecker vorgesehene Feder kann zusätzlich die Klemmen zusammenhalten. Auf diese Weise ist der Thermistor 10 über seine Kontakte 22 und 24 an Potentiometer 50 angeschlossen. Ist Potentiometer 50 in Betrieb gesetzt, so zeigt seine Digitalskala 52 den Widerstandswert von Thermistor 10 an.

Wie man aus Figur 4 weiterhin erkennt, umfaßt das Normgerät, mit welchem Thermistor 10 verglichen wird, einen weiteren, quader- oder plättchenförmigen Thermistor 70, dessen Widerstand zuvor genau auf jenen Wert eingestellt worden ist, auf den Thermistor 10 eingestellt werden soll. Dieser Bezugs- oder Eich-Thermistor soll dem einzustellenden genau gleichen, da Änderungen der Umgebungsbedingungen verschiedene Thermistoren verschieden beeinflussen könnten; die genaue Übereinstimmung der beiden Thermistoren vermeidet hingegen den Einfluß jeglicher Änderungen der Umgebungsbedingungen. Die Leiter 72 und 74 auf ihrer Unterlage 75 sind an dieselben Kontakt des Thermistors 70 angeschlossen; sie sind ebenfalls an ein zweites, herkömmliches Potentiometer 80 angeschlossen, dessen eigene Digitalanzeige 82 den Widerstandswert des Thermistors 70 anzeigt.

Thermistor 10 und das ihm zugeordnete Eichgerät, d.h. Thermistor 70, werden in die Kammer 84 eingeführt. Das wichtigste der entscheidenden Merkmale von Kammer 84 besteht darin, daß sämtliche Bedingungen der Temperatur, des Druckes, der Feuchtigkeit, des Luftzustandes usw. für beide Thermistoren 10 und diegleichen sind.

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Bei dem in Figur 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wird der Thermistor vor dem Trimmen auf einen Wert von 4,910 Ohm gebracht, während Thermistor 70 den Wert von 5000 0hm erhält. Der Widerstandswert des Thermistors 10 ist somit 1,8 % geringer als der Widerstandswert von Thermistor 70.

Entsprechend all den zuvor beschriebenen Verfahren wird Thermistorkontakt 20 auf Thermistor 10 nunmehr derart getrimmt, daß ein Teil der Fläche des Kontaktes entfällt, beispielsweise durch entsprechendes Formen eines Ausschnittes J>6, so wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Um den Widerstandswert des Thermistors 10 um ungefähr 1,8 % auf 5000 0hm anzuheben, müssen 10 % des Thermistorkontaktes 20 weggenommen werden. Ein Laser-Rohr 90 wird in die Kammer 84 eingebracht und derart angeordnet, daß ihr gebündelter Lichtstrahl auf eine Ecke des Kontaktes 20 gerichtet wird. Um den Kontakt zu trimmen, wird der Laser aktiviert und das Laserrohr 90 sodann bewegt, so daß der Laserstrahl genau die Menge des Kontaktmaterials wegbrennt, die für eine genaue Auslegung des Thermistors notwendig ist.

Inder Praxis ist ein genaues Messen der Fläche des Kontaktes und des hiervon zu entfernenden Anteiles nicht notwendig. Die Widerstände der Thermistoren 10 und 70 können laufend erfaßt werden, während die Oberfläche des Kontaktes 20 getrimmt wird, so lange, bis die gemessenen Widerstandswerte der beiden Thermistoren 10 und 70 miteinander übereinstimmen.

Durch Trimmen der Kontakte unter wenigstens teilweiser Anwendung von Abrasion oder Laser-Technik kann die Temperatur des Thermistors 10 leicht ansteigen, der Temperaturanstieg ist jedoch minimal. Sobald das Trimmen vollendet ist, nimmt die Thermistortemperatur schnell jenen Wert an, der in der Kammer 84 herrscht. Beim Laser-Trimmen tritt eine fast vernachlässigbare Temperaturänderung des Thermistors 10 auf. Bereits nach sehr wenigen Sekunden

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e Widerstandsanzeige auf Skala 52 üblicherweise wieder auf einen konstanten Wert zurück.

Beim empirischen Beobachten der obengenannten Erscheinung, die das Trimmen eines Thermistorkontaktes betrifft, versuchte der Erfinder die theoretische Grundlage für die beobachtete Änderung des Widerstandes eines Thermistors herauszufinden. Hierbei ergab sich die folgende Erklärung, die zusammen mit derBetrachtung der Figuren 5-7 verstanden werden sollte.

Figur 5 zeigt einen herkömmlichen Zwei-Kontakt-Thermistor 100, der an seiner Unterseite und an seiner Oberseite jeweils mit Kontakten 101 und 102 gleicher Flächenabmessungen versehen ist. Dieser Thermistor ist aufgebaut und arbeitet wie ein Kondensator Der Widerstandswert des Thermistors 100 wird anhand der folgenden Formel ermittelt:

Die hierin verwendeten Symbole haben bei Normaltemperatur (25⁰C) und Normaldruck (1 Atmosphäre) die folgenden Bedeutungen: R = Widerstand; &~ - spezifischer Widerstand des Halbleitermaterials (ein Merkmal des besonderen Materials und der jeweils herrschenden Temperatur und des Druckes); t = Dicke des Thermistors, d.h. des Spaltes zwischen den Kontakten 101 und 102; A = die B'läche der überlappenden Kontaktzone der Kontakte 101 und 102. Die überlappende Kontaktzone ist jene Kontaktzone, in welcher eine gerade Verbindungslinie senkrecht zu den beiden Kontakten ist. In Figur 5 haben die beiden Kontakte 101 und 102 dieselbe Fläche und befinden sich außerdem übereinander, wobei A = LW ist. Werden beispielsweise 10 % der Kontaktzone von Kontakt 102 weggenommen, so würden die Kontakte 101 und 102 nur 90 % der Fläche von Kontakt 104 überlappen. Die Grundformel zeigt, daß der Widerstand von Thermistor 100 um 10 % abnehmen würde. Dieselbe Änderung würde natürlich dann eintreten, wenn beide Kontakte 101 und 102 um 10 % ihrer Oberflächen vermindert würden.

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Figur 6 zeigt einen anderen Typ eines Plättehen-Thermistors IO3. Bei diesem befinden sich die beiden Kontakte 104 und IO5 auf derselben Fläche 106 des plättchenförmigen Körpers IO7 •aus Halbleitermaterial. Im Falle eines dünnen Plättchens IO7 aus Halbleitermaterial ist wiederum dieselbe Grundformel anwendbar: R=^ t/A. Wie jedoch ebenfalls aus Figur 6 hervorgeht, ist bei einem dünnen Plättchen A der Bereich der Dickenabmessung des Körpers IO7 entlang der Seite 109 mit einem Kontakt 105, der sich entlang seines Randes erstreckt, und t ist die Breite des Spaltes 110 zwischen den Kontakten 104 und 105. A hängt von der Länge L der Kontakte 104 und 105 entlang 109 ab; bei A wird nur das L betrachtet, über welche sich die Kontakte erstrecken. Sofern ein Kontakt 104 oder 105 ein kleineres L als der andere hat, ist das kürzere L, das in die Berechnung von A eingeht. Man beachte hierbei, daß die jeweiligen Breiten der Kontakte 104 und 105 keinen Einfluß auf R haben, wobei, wie oben erwähnt, keine große Sorgfalt auf die Anordnung des Spaltes 110 gelegt werden muß, wenn auch eine Beachtung seiner Breite von größerer Bedeutung ist.

Um denWiderstand des Thermistors 103 zu verändern, wird die Länge L von einem oder beiden Kontakten 104 und 105 entsprechend vermindert. Wird L 10 % kleiner, so steigt R entsprechend der Formel um 10 %..

Figur 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Thermistor 120. Er umfaßt ein Element 122 aus Halbleitermaterial, den Kontakt 124, der sich über die Gesamtfläche erstreckt, und die beiden durch einen Spalt voneinander getrennten Kontakte 126 und 128 auf der.gegenüberliegenden Seite. Die in Figur 7 gemachten Angaben betreffen die Abmessungen eines Ausführungsbeispieles eines solchenThermistors.

Figur 7a zeigt, daß bei dem Thermistor 120 drei verschiedene Werte für Rs und ts zwischen den drei verschiedenen Paaren der Kontaktkombination vorliegen. Figur 7b zeigt, daß die Rs des Thermistors 120 tatsächlich R₁ und Rp Widerstände in Reihe mit

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R-, Widerstand sind, parallel geschaltet über R^ und R„. Der Widerstand von Thermistor 120 kann in folgender Weise berechnet werden:

R₁ = ^t₁M₁ = 1000 (.010)/.O28(.O6O) = 5950.

Hierin bedeutet A. das kleinste LxW, über welches dieKontakte 124, 126 überlappen (wie oben definiert).. <£2- ist eine Konstante für das in Rede stehende Halbleitermaterial bei Normaltemperatur und Normaldruck.

R₂ = Ct₂ZA₂ = 1000 (.010)/.O28(.O6O) = 5950.'

Hierin bedeutet A₂ das kleinste LxW, über welches dieKontakte 124, 128 überlappen.

^R3 = ^t₃M₃ = 1000 (.004)/.010(.06O) = 667O.

Hierin bedeutet A₃ die Fläche 129 (wie in Verbindung mit Figur erörtert).

Der Widerstand des in Figur 7b wiedergegebenen Kreises ermittelt sich wie folgt:

⁽ V^R2^)R5 = ⁽ = 4,

270 0hm

Werden 10 % der Fläche von Kontakt 124 vom Thermistor 120 entfernt, beispielsweise durch Abnehmen des Eckenbereichs I30, so wird R₂ verändert. Ein derartiges Trimmen des Kontaktes 124 kann mittels Laser-Technik oder auf andere Weise geschehen, wobei ein Teil des Kontaktes 124 oder die gesamte Seitenkante des Thermistors einschließlich des Körpers aus Halbleitermaterial abgenommen werden kann, beispielsweise durch Abschleifen eines

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keilförmigen Abschnittes, der den Leiter 124 umfaßt, oder durch Ausschleifen eines rechteckigen Abschnittes, der die beiden Leiter 124 und 128 erfaßt. In jedem Falle wird A₂ um 10 % vermindert und R_? entsprechend der Formel Rp = ^ tp/Ap um 10 % erhöht. In unserem Beispiel ergeben 110 % von R₂ 6.545.

^Rtotal ^{(neu) =} 5.95+6.545C6.67)/5.95+6.545+6.67 = 4.349 Ohm.

Die Änderung von R_total auf R_{total (neu)} beträgt 79 0hm. 79 Ohm sind 1,85 % des Ausgangswertes von 4270 0hm von Thermistor 120, wobei eine Änderung von 10 % der'Oberfläche eines Kontaktes des Thermistors 120 nur 1,85 % Änderung seines Widerstandes hervorruft.

Es sei daran erinnert, daß die vorausgegangenen Formeln auf der Annahme· beruhen, daß ein dünnes Plättchen aus Halbleitermaterial verwendet wird, und das Ausfransen vernachlässigt wird. Ausfransen bedeutet Verluste aufgrund der Stärke des Halblextermaterxals und einige der Linien der elektromagnetischen Stärke streuen aus der direkten Bahn zwischen den beiden Kontakten 126, 128. *

Bei einer Untersuchung, die an einem erfindungsgemäß getrimmten Thermistor durchgeführt wurde, wurde eine Steigerung des Widerstandes von 2 % als Folge einer Verminderung von 10 % der Kontaktfläche 124 festgestellt. Diese Diskrepanz von 0,015 % von der theoretischen Änderung des Widerstandes geht möglicherweise zurück auf die Stärke des Plättchens, auf Ausfransen, auf Änderungen der normalen Umweltbedingungen usw. Die Diskrepanz istjedoch im Zusammenhang mit dem Auslegen oder Bemessen des Thermistorwertes unbedeutend, insbesondere, wenn man die in Figur 4 veranschaulichte Methode anwendet, bei der der Wert des The'rmistors ständig überwacht wird.

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ι Leer

Claims

2815Q03

Patentansprüche

Verfahren zum Einstellen des Widerstandes eines Thermistors, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a. Es wird ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt auf einer Fläche eines Elementes des Thermistor-Halbleitermaterales gebildet;

b. es wird ein dritter elektrischer Kontakt auf einer anderen Fläche des Elementes des Thermistor-Halbleitermateriales gebildet, wobei das Element des Thermistor-Halbleitermaterials und der erste, der zweite und der dritte Kontakt zusammen einen Thermistor ergeben und wobei die eine und die andere Fläche einander überlappen;

c. der Widerstandswert des Thermistors wird dadurch eingestellt,, daß man einerseits die Zone der einander überlappenden Flächen des ersten und des zweiten Kontaktes und andererseits des dritten Kontaktes verändert.
2) Verfahren zum Einstellen des Widerstandes eines Thermistors, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a. Es wird ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt auf einer Fläche eines Elementes eines Thermistor-Halbleitermateriales gebildet;

b. es wird ein dritter elektrischer Kontakt auf einer anderen Fläche des Elementes des Thermistor-Halbleitermateriales gebildet, wobei das Element

des Thermistor-Halbleitermateriales und der
erste, zweite und dritte Kontakt zusammen einen
Thermistor ergibt;
c. der Widerstandswert des Thermistors wird dadurch eingestellt, daß ein Teil wenigstens eines Kontaktes zur Verminderung von dessen Fläche abgetrennt
(getrimmt) wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der getrimmte Kontakt der dritte Kontakt ist.
4) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den ersten und den zweiten Kontakt jeweils
elektrische Leiter aufgebracht werden.
5) Verfahren nach Anspruch *J, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter an ein den Widerstand des Thermistors messendes Gerät angeschlossen werden, und daß der Widerstand des Thermistors gemessen wird;

daß der gemessene Widerstand des Thermistors mit einem Eichwert verglichen wird, und daß der Kontakt so lange getrimmt (d.h. in seiner Größe verringert) wird, bis
der gemessene Widerstand des Thermistors ein vorbestimmtes Verhältnis zu dem Eichwert einnimmt.
6)_ Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte an die jeweiligen Leiter angelötet werden.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine und die andere Fläche des
Elementes des Thermistor-Halbleitermateriales auf einander gegenüberliegenden Seiten liegen.

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8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J₃ dadurch gekennzeichnet j daß die eine und die andere Fläche von etwa gleicher Größe sind.
9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet j daß durch das Trimmen wenigstens eines Kontaktes der Widerstand des Thermistors nach der folgenden Gleichung verändert wird:

P _ (R₁ + R₉)R,

Wobei R, , , der Widerstand des Thermistors bedeutet; und

R₁ =£- t₁/A₁, -

wobei A. die kleinste Zone auf den einander gegenüberliegenden Flächen des Thermistors bedeutet, über die eine der beiden Kontakte auf der einen Fläche und der dritte Kontakt auf der gegenüberliegenden Fläche einander überlappen wobei t. die Dicke des Halbleiter-Thermistormaterials zwischen den beiden überlappenden Kontakten und ^- eine Konstante für ein bestimmtes Halbleitermaterial ist;

R₂ =0-t₂/A₂

wobei Ap die kleinste Zone auf den einander gegenüberliegenden Flächen des Thermistors ist, über welche der andere der beiden Kontakte auf der einen Fläche und der dritte Kontakt auf der gegenüberliegenden Fläche überlappen und wobei t_? die Dicke des Halbleiter-Thermistormaterials zwischen den. zwei überlappenden Kontakten ist;

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R₃ =

wobei A^ die Fläche der Seite des Halbleiter-Thermistormaterials entlang einer Seite des Thermistors ist, entlang welcher nur einer der beiden Kontakte sich über die gesamte Länge dieses Kontaktes erstreckt und wobei t, die Breite des Spaltes zwischen den beiden Kontakten auf der einen Thermistorflache ist.
10) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet j daß der dritte Kontakt dadurch gebildet wird, daß eine Schicht aus Kontaktmaterial auf die gesamte andere Fläche des Elementes des Thermistor-Halbleitermaterials aufgebracht wird.
11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Element des Thermistor-Halbleitermateriales die Gestalt eines quaderförmigen Plättchens hat.
12) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bilden des ersten und des zweiten Kontaktes eine Schicht aus Kontaktmaterial auf die eine Seite des Elementes des Thermistor-Halbleitermateriales aufgebracht wird, und daß dann ein Teil dieser Schicht aus Kontaktmaterial von der einen Seite derart entfernt wird, daß ein durch diese Schicht aus Kontaktmaterial völlig hindurchlaufender Spalt gebildet wird und somit die beiden voneinander völlig getrennten ersten und zweiten Kontakte gebildet werden.
13) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Kontaktmaterial entlang eines Weges entfernt wird, der sich gänzlich durch dieeine Seite hindurch erstreckt, so daß der Spalt in dieserSchicht aus Kontaktmaterial den ersten und zweiten Kontakt derart bildet, daß diese eine im wesentlichen gleich große Fläche des Kontaktes auf dem Element aufweisen.

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14) Verfahren nach Anspruch 13 ₃ dadurch gekennzeichnet, daß die' eine und die andere Fläche des Elementes des Thermistor-Halbleitermateriales auf dessen einander gegenüberliegenden Seiten liegen.
15) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine und die andere Fläche ungefähr gleich groß sind.
16) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt dadurch gebildet wird, daß eine Schicht aus Kontaktmaterial über die gesamte andere Fläche des Elementes des Ttermistor-Halbleitermaterials aufgebracht wird.

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